«Тот, кто не знает своей истории, обречен на ее повторение». Учитывая феноменальный успех транзисторов первых 75 лет, кажется, что нам следует и знать, и повторять. Похоже, именно такой была ваша реакция (уважаемый преданный читатель IEEE Spectrum ) на ваше потребление статей о полупроводниках. Вы глубоко погрузились вместе с нами во внутреннюю работу самого первого транзистора, но вы также хотели знать, что будет дальше. В промежутках мы потратим некоторое время на то, чтобы оценить, как фундаментальные силы разрушают большие системы на кристаллах, что вливание государственных денег может сделать с производством микросхем в Соединенных Штатах и ​​кое-что более странное.

Итак, чтобы подытожить истории о полупроводниках с наибольшим трафиком за этот год, мы собрали этот набор основных моментов:

Транзистор на 75
Трудно переоценить — учитывая повсеместное распространение и огромное значение электронных технологий в жизни людей сегодня — важность транзистора, который был изобретен в декабре 1947 года. В конце концов, только в этом году мы произвели их, вероятно, 2 миллиарда триллионов . Однако в 1947 году он был только один, и он работал довольно странно . Как мы получили от 1 до 2 миллиардов триллионов в год — это отдельная история. Но что больше всего интересовало читателей Spectrum , так это то, как мы собираемся заработать в будущем миллиарды триллионов. Следующий шаг (ну, следующий, следующий шаг для некоторых компаний) кажется довольно ясным; это дополнительный полевой транзистор. Это транзисторы PMOS и NMOS, построенные друг над другом, вероятно, все сразу, потенциально сокращающие размер логических ячеек вдвое. Что после этого? Наши специалисты говорят , что к 100-летию транзистора наверняка будут вариации на эту тему .

Первые высокопроизводительные пластиковые процессоры стоимостью менее пенни
Всю свою карьеру я слушал обещания дешевой гибкой электроники. Это могло бы добавить интеллекта к каждому в настоящее время глупому предмету на полках магазинов сегодня. Так где мой смарт-банан? В этом году мы, наконец, получили ответ: до сих пор никто не построил работающих пластиковых процессоров, которые можно было бы производить миллиардами меньше чем за пенни каждый. Даже самые простые стандартные микроконтроллеры слишком сложны, чтобы изготавливать их на пластике оптом, потому что выход хороших «чипов» (за неимением лучшего слова) очень низок. Инженеры из Иллинойса и Англии пришли на помощь с архитектурой, достаточно простой, чтобы преодолеть барьер в один пенни .

Однокристальные процессоры достигли своих пределов
Для гроба требуется несколько гвоздей, но в этом году в гроб, основанный на концепции ПК или серверного процессора, сделанного из цельного куска кремния, было забито еще два . Apple сообщила, что M1 Ultra, который теперь находится внутри Mac Studio, представляет собой вариант M1, который эффективно объединяет два чипа в один с использованием усовершенствованной упаковки. Nvidia сообщила аналогичные новости о своих процессорах Grace. Разработчики процессоров отказываются от идеи одного большого чипа в основном потому, что у них закончился кремний. Соединение двух « чиплетов » может дать вам удвоение количества транзисторов без необходимости перехода к более сложному процессу изготовления микросхем.

Эти 5 диаграмм помогают демистифицировать глобальную нехватку чипов
Нехватка микросхем , которая так сильно ударила по автопроизводителям и многим другим в 2020 и 2021 годах, в той или иной форме все еще была с нами в 2022 году. Цепочки поставок всех видов по-прежнему демонстрировали свою хрупкость, и полупроводники не были исключением. Он даже появлялся в пространстве производителя . Но многие разговоры о дефиците были усилены правительственными чиновниками США, которые пытались добиться принятия какого-то важного закона о производстве. (Подробнее об этом ниже.)

Взгляд Intel на следующую волну закона Мура
В интервью в начале декабря Энн Б. Келлехер, генеральный менеджер по развитию технологий в Intel, действительно пыталась объяснить мне, как концепция, называемая совместной оптимизацией системных технологий (STCO), спасает закон Мура. Дело не в том, что я не покупал его; Я был. (А "Спектрум" так или иначе пишет о ГТК уже почти два десятка лет.) Просто это идея, для которой действительно нужен пример. В STCO вы начинаете с рабочей нагрузки программного обеспечения, выясняете, какие функции для этого необходимы, а затем определяете, какие функции должны быть реализованы с использованием какой технологии производства полупроводников. Все эти вещи связаны друг с другом, и поэтому должны быть «совместно оптимизированы». Это возможно, потому что теперь вы можете разбить систему на кристалле на функциональные чиплеты и сшить их вместе, используя 3D и другие передовые технологии, чтобы они действовали как один большой чип. Что касается примера, Келлехер рекомендует посмотреть на ускоритель Ponte Vecchio за суперкомпьютером Aurora. Он состоит из 47 кусочков кремния, изготовленных с использованием четырех разных процессов, три из которых даже не принадлежат Intel.

3 способа, которыми технология 3D Chip Tech перевернет компьютеры
Это был год, когда 3D-упаковка чипов проявила себя в силе, по крайней мере, в области логики высокого класса. Стартап суперкомпьютеров искусственного интеллекта Graphcore использовал технологию 3D-стекинга чипов TSMC, чтобы улучшить подачу энергии на свой чип таким образом, что это могло привести к 40-процентному ускорению обучения нейронных сетей. AMD использовала другую технологию TSMC, чтобы дать своим вычислительным чиплетам значительный прирост памяти. И Intel через каждую технологию упаковки чипов, которую они имели, Ponte Vecchio, чтобы построить монстра с 47 чипами. Как вы заметили, если читали другие статьи в этом посте, это путь будущего .

В США принят исторический закон о финансировании производства полупроводников
Законодательство, направленное на увеличение производства полупроводников в Соединенных Штатах, наконец, стало законом после многолетнего пути, сопровождавшегося многочисленными мутациями и отсрочками. Закон о чипах и науке , являющийся частью более крупного пакета стоимостью 280 миллиардов долларов, предусматривает около 52 миллиардов долларов США для новых или расширенных предприятий, производящих полупроводники или оборудование для производства микросхем. И это произошло на фоне усилий других стран и регионов по увеличению производства микросхем, отрасли, которая все чаще рассматривается как ключ к экономической и военной безопасности. Теперь самое сложное — выяснить, кто сколько денег получает.

Транзистор для звука указывает на совершенно новую электронику
Ученые гонялись за электронными устройствами, основанными на топологических материалах, которые в основном защищают поток тока от возмущений, потому что та же математика говорит вам, что пончик и кофейная кружка имеют принципиально одинаковую форму, а миска с хлопьями и кофейная кружка — разные. Гарвардские ученые пошли по пути, который, как они надеются, приведет к некоторым прорывам, создав топологические транзисторы, которые модулируют звук вместо электронов. В результате получается странно выглядящая сотовая система, которая выглядит так, как будто она принадлежит внутреннему устройству костюма Железного человека.

ИИ-чипы RISC-V будут повсюду
В 2022 году архитектура набора инструкций с открытым исходным кодом RISC-V начала то, что аналитики считают быстрым проникновением на рынок машинного обучения. В начале года уже был кремний от стартапов, нацеленных на серверы, таких как Esperanto AI, и тех, кто нацелен на «периферийные» вычисления, такие как Kneron. Рост должен продолжать ускоряться теперь, когда существует стандартный набор векторных инструкций, принятый организацией, управляющей RISC-V.

Micron первой поставляет чипы 3D Flash с более чем 200 слоями
В то время как логическая технология все еще прокладывает свой путь к трехмерному конструированию, флэш-память существует уже некоторое время. Тем не менее, в 2022 году был преодолен важный барьер — чипы с более чем 200 слоями ячеек памяти. Компания Micron Technology из Бойсе, штат Айдахо, впервые представила 232-слойный чип флэш-памяти NAND. Это первый такой чип, преодолевший отметку в 200 слоев, и это была напряженная гонка. SK Hynix заявляет, что поставляет образцы 238-слойного продукта TLC , производство которых начнется в 2023 году.